JP2015071536A - 水素触媒反応器 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、(1)2007年4月24日出願の出願第60/913,556号、(2)2007年7月27日出願の出願第60/952,305号、(3)2007年8月7日出願の出願第60/954,426号、(4)2007年8月9日出願の出願第60/935,373号、(5)2007年8月13日出願の出願第60/955,465号、(6)2007年8月20日出願の出願第60/956,821号、(7)2007年8月23日出願の出願第60/957,540号、(8)2007年9月14日出願の出願第60/972,342号、(9)2007年9月21日出願の出願第60/974,191号、(10)2007年9月26日出願の出願第60/975,330号、(11)2007年9月28日出願の出願第60/976,004号、(12)2007年10月9日出願の出願第60/978,435号、(13)2007年11月13日出願の出願第60/987,552号、(14)2007年11月14日出願の出願第60/987,946号、(15)2007年11月21日出願の出願第60/989,677号、(16)2007年11月30日出願の出願第60/991,434号、(17)2007年12月3日出願の出願第60/991,974号、(18)2007年12月5日出願の出願第60/992,601号、(19)2007年12月10日出願の出願第61/012,717号、(20)2007年12月19日出願の出願第61/014,860号、(21)2007年12月26日出願の出願第61/016,790号、(22)2008年1月9日出願の出願第61/020,023号、(23)2008年1月15日出願の出願第61/021,205号、(24)2008年1月17日出願の出願第61/021,808号、(25)2008年1月18日出願の出願第61/022,112号、(26)2008年1月23日出願の出願第61/022,949号、(27)2008年1月24日出願の出願第61/023,297号、(28)2008年1月25日出願の出願第61/023,687号、(29)2008年1月30日出願の出願第61/024,730号、(30)2008年2月1日出願の出願第61/025,520号、(31)2008年2月14日出願の出願第61/028,605号、(32)2008年2月21日出願の出願第61/030,468号、(33)2008年3月6日出願の出願第61/064,453号、(34)2008年3月21日出願の出願第61/xxx,xxx号,および、(35)2008年4月17日出願の出願第61/xxx,xxx号の利益を主張し、参照することによりこれらすべての全内容が本明細書に組み込まれる。
1.技術分野:
参照することにより本明細書に組み入れられる、論文 R. Mills, J. He, Z. Chang, W. Good, Y. Lu, B. Dhandapani, “Catalysis of Atomic Hydrogen to Novel Hydrogen Species
下記式
l, “On the Potential of Direct and MHD Conversion of Power from a Novel Plasma Source to Electricity for Microdistributed Power Applications,” IEEE Transactions on Plasma Science, August, (2002), Vol. 30, No. 4, pp. 1568-1578; R. M. Mayo, R. L. Mills, “Direct Plasmadynamic Conversion of Plasma Thermal Power to Electricity for Microdistributed Power Applications,” 40th Annual Power Sources Conference, Cherry Hill, NJ, June 10-13, (2002), pp. 1-4; R. L. Mills, E. Dayalan, P. Ray, B. Dhandapani, J. He, “Highly Stable Novel Inorganic Hydrides from Aqueous Electrolysis and Plasma Electrolysis,” Electrochimica Acta, Vol. 47, No. 24, (2002), pp. 3909-3926; R. L. Mills, P. Ray, B. Dhandapani, R. M. Mayo, J. He, “Comparison of Excessive Balmer α Line Broadening of Glow Discharge and Microwave Hydrogen Plasmas with Certain Catalysts,” J. of Applied Physics, Vol. 92, No. 12, (2002), pp. 7008-7022; R. L. Mills, P. Ray, B. Dhandapani, M. Nansteel, X. Chen, J. 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本発明のハイドリノ水素化物イオンは、ハイドリノ、すなわち、
(i)対応する通常の水素種の結合エネルギーよりも大きい、または
(ii)周囲条件(標準温度および圧力、STP)下での熱エネルギーよりも小さいもしくは負である結合エネルギーを有するため、対応する通常の水素種が不安定である、または観察されない、いかなる水素種の結合エネルギーよりも大きい、結合エネルギーを有する水素種と、
(a)少なくとも1つの中性、正、または負の水素種(以降、「増加結合エネルギー水素種」と称する)であって、
(i)対応する通常の水素種の総エネルギーよりも大きい、または
(ii)周囲条件下での熱エネルギーよりも小さいもしくは負である総エネルギーを有するため、対応する通常の水素種が不安定である、または観察されない、いかなる水素種の総エネルギーよりも大きい、総エネルギーを有する水素種と、
水素種の総エネルギーは、水素種から電子のすべてを取り除くためのエネルギーの和である。本発明による水素種は、対応する通常の水素種の総エネルギーよりも大きな総エネルギーを有する。増加した総エネルギーを有する水素種のいくつかの実施形態は、対応する通常の水素種の第1電子結合エネルギーより小さい第1電子結合エネルギーを有し得るにもかかわらず、本発明による増加した総エネルギーを有する水素種は、「増加結合エネルギー水素種」とも称される。例えば、
(a)複数の中性、正、または負の水素種(以降、「増加結合エネルギー水素種」と称する)であって、
(i)対応する通常の水素種の結合エネルギーよりも大きい、または
(ii)周囲条件下での熱エネルギーよりも小さいもしくは負である結合エネルギーを有するため、対応する通常の水素種が不安定である、または観察されない、いかなる水素種の結合エネルギーよりも大きい、結合エネルギーを有する水素種と、
(a)複数の中性、正、または負の水素種(以降、「増加結合エネルギー水素種」と称する)であって、
(i)通常の分子水素の総エネルギーよりも大きい、または
(ii)周囲条件下での熱エネルギーよりも小さいもしくは負である総エネルギーを有するため、対応する通常の水素種が不安定である、または観察されない、いかなる水素種の総エネルギーよりも大きい、総エネルギーを有する水素種と、
原子水素とある特定の触媒との間の共鳴エネルギー移動機構(rt−プラズマ)に基づく新しい化学的に生成または支援されるプラズマ源が開発されており、新たな電源となり得る。生成物は、
回転エネルギーは、十分確立された理論[37]を用いて、
(水素触媒反応器)
本発明による、エネルギーおよびより低エネルギーの水素種を生成する水素触媒反応器50が図1Aに示されるが、エネルギー反応混合物54を含有する槽52、熱交換器60、ならびに蒸気発生器62およびタービン70等の電力変換器を備える。一実施形態において、触媒作用は、源56からの原子水素を触媒58に反応させてより低エネルギーの水素「ハイドリノ」を形成し電力を発生するステップを含む。水素および触媒を含む反応混合物が反応してより低エネルギーの水素を形成する際に、熱交換器60は触媒反応により放出された熱を吸収する。熱交換器は、蒸気発生器62と熱交換し、該発生器は交換器60からの熱を吸収して蒸気を生成する。エネルギー反応器50は、蒸気発生器62からの蒸気を受けて電力発生器80に機械力を供給するタービン70をさらに備え、電力発生器は蒸気エネルギーを電気エネルギーに変換し、これは負荷90が受けて仕事を生成または散逸する。
電力システムの一実施形態において、熱は熱交換媒体を有する熱交換器により取り除かれる。熱交換器は水冷壁であってもよく、媒体は水であってもよい。熱は、暖房およびプロセス加熱のために直接移動され得る。代替として、水等の熱交換媒体は、蒸気への変換等、相変化する。変換は蒸気発生器内で生じ得る。蒸気タービンおよび発生器等の熱機関において蒸気を使用して発電することができる。
本発明の実施形態によれば、ハイドリノおよび電力を生成するための反応器は、水素ガスセルの形態をとり得る。本発明のガスセル水素反応器を、図3Aに示す。反応物質ハイドリノは、触媒との触媒反応により提供される。触媒作用は、気体状態または固体状態または液体状態において生じ得る。
本発明の水素ガス放電電力およびプラズマセルならびに反応器を、図4Aに示す。図4Aの水素ガス放電電力およびプラズマセルならびに反応器は、チャンバ300を有する水素ガス入りグロー放電真空槽315を備える、ガス放電セル307を含む。水素源322は、水素供給路342を介して、制御弁325を通して、チャンバ300に水素を供給する。触媒は、セルチャンバ300に含有される。電圧および電流源330は、電流にカソード305とアノード320との間を通過させる。電流は逆にすることが可能であり得る。
LiH+e−→LiおよびH− (30)
であり得、次いで、反応
Li2NH+H−→Li+LiNH2 (31)
は、Li+LiNH2の定常状態レベルを維持するために、ある程度起こり得る。H2圧力、電子密度、およびエネルギーを、ハイドリノ反応物質Li+LiNH2を再生する最大限または所望の程度の反応を達成するために制御することができる。
気体状態の金属は、二原子共有結合分子を含む。本発明の目的は、LiならびにKおよびCs等の原子触媒、ならびに分子触媒NaHを提供することである。したがって、固体燃料の実施形態において、反応物質は、金属触媒Mで可逆的に形成され、Li等のガス状触媒をもたらすために分解または反応する合金、錯体、または錯体源を含む。別の実施形態では、触媒源および原子水素源のうちの少なくとも1つは、触媒および原子水素のうちの少なくとも1つを形成するように反応する、少なくとも1つの反応物質をさらに含む。一実施形態では、源(複数を含む)は、LiNH2等のアミド、Li2NH等のイミド、Li3N等の窒化物、およびNH3を含む触媒金属のうちの少なくとも1つを含む。これらの種の反応は、Li原子および原子水素の両方をもたらす。これらおよび他の実施形態は以下に示され、ここで、さらに、K、Cs、およびNaがLiに置き換わり、触媒は原子K、原子Cs、および分子NaHである。
本発明の化学反応器は、Mがアルカリ金属であり、Xがハロゲン化物であるMX等の、無機化合物源をさらに含む。ハロゲン化物に加えて、無機化合物は、水酸化物、酸化物、炭酸塩、硫酸塩、リン酸塩、ホウ酸塩、およびシリケート等の、アルカリまたはアルカリ土類塩であり得る(他の好適な無機化合物は、D. R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 86th Edition, CRC Press, Taylor & Francis, Boca Raton, (2005-6), pp. 4-45 to 4-97に示され、これは参照することにより本明細書に組み入れられる)。無機化合物は、生成物蓄積および結果として生じる逆反応、または他の生成物阻害を防止することによって、発電におけるゲッターとしての役割をさらに果たすことができる。好ましいLi化学式パワーセルは、約760TorrのH2および約700+℃で作動する水素セルにおいて、Li、LiNH2、LiBrまたはLiI、およびR−Niを含む。好ましいNaH化学式パワーセルは、約760TorrのH2および約700+℃で作動する水素セルにおいて、Na、NaX(Xはハロゲン化物、好ましくは、BrまたはIである)、およびR−Niを含む。セルは、NaHおよびNaNH2のうちの少なくとも1つをさらに含み得る。好ましいK化学式パワーセルは、約760TorrのH2および約700+℃で作動する水素セルにおいて、K、KI、およびNiスクリーン、またはR−Ni解離剤を備える。一実施形態では、H2圧力範囲は、約1Torr〜105Torrである。好ましくは、H圧力は、約760〜1000Torrの範囲内に維持される。LiHBrおよびLiHI等のLiHXは、典型的に、約450〜550℃の温度範囲内で合成されるが、LiHが存在する場合、より低い温度(約350℃)で作動することができる。NaHBrおよびNaHI等のNaHXは、典型的に、約450〜550℃の温度範囲内で合成される。KHI等のKHXは、好ましくは、約450〜550℃の温度範囲内で合成される。NaHXおよびKHX反応器の実施形態では、NaHおよびKは、触媒容器等の源から供給され、セル温度は、触媒容器の温度よりも高いレベルで維持される。好ましくは、セルは、約300〜550℃の温度範囲で維持され、容器は、約50〜200℃低い温度範囲内で維持される。
本発明の反応混合物は、触媒または触媒源および原子水素または原子水素源(H)を含み、ここで、触媒および原子水素のうちの少なくとも1つは、反応混合物の少なくとも1種、または2種以上の反応混合物種間の化学反応によって放出される。好ましくは、反応は可逆的である。好ましくは、放出されるエネルギーは、触媒および反応水素の形成の反応のエンタルピーよりも大きく、反応混合物の反応物質が再生および再循環される場合、好ましくは、正味エネルギーは、方程式(1)により与えられる生成物Hの状態の形成の大きいエネルギーによって、反応および再生サイクルにわたって放出される。種は、元素、合金、または分子もしくは無機化合物等の化合物のうちの少なくとも1つであってもよく、ここで、それぞれは、反応器内の試薬または生成物のうちの少なくとも1つであり得る。一実施形態では、種は、水素および触媒のうちの少なくとも1つで、合金、または分子もしくは無機化合物等の化合物を形成し得る。反応混合物種のうちの1つ以上は、Hまたは遊離触媒を放出するためのエネルギーが、反応生成物種の形成がない場合と比べてより低くなるように、1つ以上の反応生成物種を形成することができる。方程式(1)により与えられるエネルギー準位を有する状態を形成するための、触媒および原子水素を提供するための反応物質の実施形態では、反応物質は、固体、液体(溶融を含む)、およびガス状反応物質のうちの少なくとも1つを含む。方程式(1)により与えられるエネルギー準位を有する状態を形成するための、触媒および原子水素を形成するための反応は、固相、液相(溶融を含む)、および気相のうちの1つ以上で生じる。追加の試薬を含む他の反応が本発明の範囲内であるという点で、制限することを確実に意図していない、例示的な固体燃料反応が本明細書に示される。
LiNH2+Li−Li→Li+H+Li2NH (32)
である。他のLi合金系の実施形態では、反応機構は、Nと置き換わる他の合金元素を有するLi/N系の反応機構と類似している。S、Sn、Si、およびCのうちの少なくとも1つを有するLiを含む反応混合物を含む、ハイドリノ反応物質、原子LiおよびHを形成するための反応を行うための例示的な反応機構は、
SH+Li−Li→Li+H+LiS (33)
SnH+Li−Li→Li+H+LiSn (34)
SiH+Li−Li→Li+H+LiSi、および (35)
CH+Li−Li→Li+H+LiC (36)
である。
固体および液体状態のリチウムは金属であり、気体は、
2LiNH2→Li2NH+NH3 (39)
LiHが存在する場合、アンモニアは反応してH2を放出し、
LiH+NH3→LiNH2+H2 (40)
正味反応は、H2の形成によるLiNH2の消費である。
LiNH2+LiH→Li2NH+H2 (41)
Liが存在する場合、アミドは、エネルギー的にはるかに有利なLiのアンモニアとの逆反応によって、消費されない。
Li−Li+NH3→LiNH2+H+Li (42)
したがって、一実施形態では、反応物質は、方程式(37〜38)に従って原子Liおよび原子Hを形成するために、LiおよびLiNH2の混合物を含む。
Li3N+H→Li2NH+Li (43)
をもたらす。次いで、原子Li触媒は、追加の原子Hと反応し、ハイドリノを形成することができる。LiH、Li2NH、およびLiNH2等の副生成物は、H2の反応槽を空にすることによって、Li3Nに変換することができる。代表的なLi/N合金反応は、以下の通りである。
Li2+NH3→LiNH2+Li+H (53)
LiNH2は、反応
2LiNH2→Li2NH+NH3 (54)
によってNH3の源である。好ましい実施形態では、Liは、アンモニアを反応するために、大きい表面積を有する担体上に分散される。アンモニアはまた、LiNH2を生成するために、LiHと反応することができる。
LiH+NH3→LiNH2+H2 (55)
H2+Li2NH→LiNH2+LiH (56)
別の実施形態では、反応物質は、LiNH2および解離剤の混合物が関与する。原子リチウムを形成するための反応は、
LiNH2+H→Li+NH3 (57)
である。
Li2+LiBH4→LiBH3+Li+LiH (58)
NH4Xは、LiNH2およびH2を生成することができる。
Li2+NH4X→LiX+LiNH2+H2 (59)
NH4X+Li−Li→Li+H+NH3+LiX (60)
であり、式中、Xは、対イオン、好ましくは、ハロゲン化物である。
Li2NH+H→LiNH2+Li (61)
Li3N+H→Li2NH+Li (62)
Li−Li+NH3→Li+LiNH2+H (63)
Li−Li+NH2→LiNH2+Li (64)
Li−Li+NH2→Li2NH+H (65)
他の実施形態では、K、Cs、およびNaが、Liに置き換わり、ここで、触媒は、原子K、原子Cs、および分子NaHである。
LiH+Li2NH→2Li+LiNH2 (66)
LiH+K→Li+KH (67)
KH+Li2NH→K+Li+LiNH2 (68)
であり、式中、Hは、それが、より低エネルギーの水素の生成によって消費される速度で添加される。代替として、Kは、LiHからLiおよびHを触媒的に生成し、ここで、LiNH2は、Li2NHの水素化から直接形成される。反応ステップは、
Li2NH+2H→LiH+LiNH2 (69)
LiH+K→KH+Li (70)
KH→K+H(g) (71)
である。水素化物(KH)の不安定性の好ましい条件に加えて、アミド(KNH2)もまた、リチウムアミドのカリウムアミドとの交換が、熱力学的に好ましくならないように、不安定である。Kに加えて、Naは、LiHを還元することができ、より低い蒸気圧を有するため、好ましい金属溶媒である。好適な金属溶媒の他の例は、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、およびSnである。溶媒は、2つ以上のアルカリまたはアルカリ土類金属の混合物等の、金属の混合物を含んでもよい。好ましい溶媒は、380℃を超えるLi(過剰)およびNaであり、これは、Liがこの温度より上でNaに混和性を有するためである。
本発明は、反応混合物を生成または再生し、該反応中に形成されるいかなる副生物からも、方程式(1)により与えられる状態を形成するための方法およびシステムをさらに含む。例えば、エネルギー反応器の一実施形態では、
さらなる実施形態では、MH(Hは水素であり、Mは別の元素である)等の水素を含む化合物は、水素源および触媒源として機能する。一実施形態では、触媒系は、結合エネルギーと
NaOH+M→MOH+Na (104)
2NaOH+M→M(OH)2+2Na (105)
によって、Na+をNaに還元することができる。Mはまた、NaOHと反応して、HならびにNaを形成し得る。
2NaOH+M→Na2O+H2+MO (106)
Na2O+M→M2O+2Na (107)
Na+H→NaH (108)
によって形成され得る。Naは、それが追加のNaH源であるため、好ましい還元性物質である。
NaOH+H2→NaH+H2O (109)
また、NaHおよび酸化リチウムを形成するための、水酸化ナトリウムおよび窒化リチウムの反応は、
一実施形態では、H源は、触媒NaHを形成するためにNa源に提供される。Na源は金属であり得る。H源は水酸化物であり得る。水酸化物は、アルカリ、アルカリ土類水酸化物、遷移金属水酸化物、およびAl(OH)3のうちの少なくとも1つであってもよい。一実施形態では、Naは、水酸化物と反応し、対応する酸化物およびNaH触媒を形成する。水酸化物がMg(OH)2である一実施形態では、生成物はMgOである。水酸化物がCa(OH)2である一実施形態では、生成物はCaOである。アルカリ土類酸化物は、Cotton[48]に示されるような水酸化物を再生するために、水と反応させることができる。水酸化物は、濾過および遠心分離等の手段によって沈殿物として回収することができる。
固体および液体状態のナトリウムは金属であり、気体は、共有結合
Li+NaNH2→LiNH2+Na (127)
および
Na+H→NaH (128)
LiH+NaNH2→LiNH2+NaH (129)
Na2+NaBH4→NaBH3+Na+NaH (130)
NH4Xは、NaNH2およびH2を生成することができる。
Na2+NH4X→NaX+NaNH2+H2 (131)
次いで、NaH触媒は、方程式(117〜129)の反応に従って生成することができる。別の実施形態では、ハイドリノ触媒NaHを形成するためのNa/N系のための反応機構は、
NH4X+Na−Na→NaH+NH3+NaX (132)
である。
一実施形態では、NaH分子またはNaおよび水素化R−Niは、Liベースの反応物質系に関して開示された後のシステムおよび方法によって再生することができる。一実施形態では、Naは、NaHから放出されるH2を排出することによって、固体NaHから再生することができる。NaH分解のための約1Torrでのプラトー温度は、約500℃である。NaHは、約1Torr、およびR−Niの合金形成および焼結温度以下である500℃で分解することができる。溶融Naは、R−Niから分離することができ、R−Niは、再水素化されてもよく、Naおよび水素化R−Niは、別の反応サイクルに戻すことができる。水素化物表面上に蒸着されたNaの場合、再生は、Naを除去するためにポンピングで加熱することによって達成することができ、水素化物は、H2を導入することによって再水素化することができ、Na原子は、セルが一実施形態において空にされた後に、再生された水素化物上に再蒸着することができる。
MH型の別の触媒系はアルミニウムを含む。AlHの結合エネルギーは2.98eVである[44]。Alの第1および第2のイオン化エネルギーはそれぞれ、5.985768eVおよび18.82855eVである[1]。これらのエネルギーに基づいて、AlH分子は、AlHの結合エネルギーおよび
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以下、この実験の項に示される方程式の番号、項の番号、および参照番号は、本開示のこの実験の項に示されるものを指す。
広範囲にわたる調査技術からのデータは、水素が従来可能であると考えられていたよりも低いエネルギー状態で存在し得ることを、強く、また一貫して示している。予測される反応は、他の場合には安定した原子水素からエネルギーを受容可能な触媒への共鳴非放射性エネルギー移動を含む。生成物は、
Mills[1〜12]は、古典的法則を使用して束縛電子の構造を解き、続いて、古典的物理学の大統一理論(GUTCP)と呼ばれる法則に基づいて、統一理論を展開し、その結果は、クォークの規模から宇宙までの物理学および化学の基本的現象の観察と一致する。この論文は、強力な新しいエネルギー源およびより低エネルギーの状態への原子水素の遷移を表す、水素原子のより低エネルギーの状態の存在を含むGUTCPの2つの具体的な予測を対象とする、連続する2つの論文の1つ目である[2]。
式中、
したがって、少量の
Rt−プラズマおよび線の広がりの測定。
A.RT−プラズマ放射およびバルマーα線幅。チタンフィラメントで生成された原子水素および加熱によって気化された
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本出願は、(1)2007年4月24日出願の出願第60/913,556号、(2)2007年7月27日出願の出願第60/952,305号、(3)2007年8月7日出願の出願第60/954,426号、(4)2007年8月9日出願の出願第60/935,373号、(5)2007年8月13日出願の出願第60/955,465号、(6)2007年8月20日出願の出願第60/956,821号、(7)2007年8月23日出願の出願第60/957,540号、(8)2007年9月14日出願の出願第60/972,342号、(9)2007年9月21日出願の出願第60/974,191号、(10)2007年9月26日出願の出願第60/975,330号、(11)2007年9月28日出願の出願第60/976,004号、(12)2007年10月9日出願の出願第60/978,435号、(13)2007年11月13日出願の出願第60/987,552号、(14)2007年11月14日出願の出願第60/987,946号、(15)2007年11月21日出願の出願第60/989,677号、(16)2007年11月30日出願の出願第60/991,434号、(17)2007年12月3日出願の出願第60/991,974号、(18)2007年12月5日出願の出願第60/992,601号、(19)2007年12月10日出願の出願第61/012,717号、(20)2007年12月19日出願の出願第61/014,860号、(21)2007年12月26日出願の出願第61/016,790号、(22)2008年1月9日出願の出願第61/020,023号、(23)2008年1月15日出願の出願第61/021,205号、(24)2008年1月17日出願の出願第61/021,808号、(25)2008年1月18日出願の出願第61/022,112号、(26)2008年1月23日出願の出願第61/022,949号、(27)2008年1月24日出願の出願第61/023,297号、(28)2008年1月25日出願の出願第61/023,687号、(29)2008年1月30日出願の出願第61/024,730号、(30)2008年2月1日出願の出願第61/025,520号、(31)2008年2月14日出願の出願第61/028,605号、(32)2008年2月21日出願の出願第61/030,468号、(33)2008年3月6日出願の出願第61/064,453号、(34)2008年3月21日出願の出願第61/xxx,xxx号,および、(35)2008年4月17日出願の出願第61/xxx,xxx号の利益を主張し、参照することによりこれらすべての全内容が本明細書に組み込まれる。
1.技術分野:
参照することにより本明細書に組み入れられる、論文 R. Mills, J. He, Z. Chang, W. Good, Y. Lu, B. Dhandapani, “Catalysis of Atomic Hydrogen to Novel Hydrogen Species H-(1/4) and H2(1/4) as a New Power Source”, Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 32, No. 12, (2007), pp. 2573-2584に開示されるように、広範囲にわたる調査技術からのデータは、水素が従来可能と考えられていた状態よりも低いエネルギー状態で存在し得ることを、強く、また一貫して示している。予測される反応は、他の場合には安定な原子水素から、エネルギーを受容可能な触媒への共鳴的な非放射性のエネルギー移動が関与する。生成物は、H(1/p)、つまり水素の分数のリュードベリ状態であり、式中、n=1/2,1/3,1/4,...,1/p;(P≦137は整数である)が、水素の励起状態のリュードベリ方程式における周知のパラメータn=整数と置き換わっている。He+、Ar+、およびKは、触媒の基準、すなわち原子水素のポテンシャルエネルギー27.2eVの整数倍に等しいエンタルピー変化での化学的または物理的プロセスを満たしているため、触媒として機能すると予測される。エネルギー準位に関する閉じた形の方程式に基づく具体的な予測が試験された。例えば、2つのH(1/p)が反応して、触媒されていない原子水素を含むH2のp2倍の振動および回転エネルギーを有するH2(1/p)を形成し得る。回転線は、大気圧下電子ビーム励起アルゴン−水素プラズマから、145〜300nmの領域に観察された。前例のなかった、水素のエネルギー間隔の42倍のエネルギー間隔により、原子核間距離がH2の原子核間距離の1/4と確定され、H2(1/4)が特定された。
下記式
l, “On the Potential of Direct and MHD Conversion of Power from a Novel Plasma Source to Electricity for Microdistributed Power Applications,” IEEE Transactions on Plasma Science, August, (2002), Vol. 30, No. 4, pp. 1568-1578; R. M. Mayo, R. L. Mills, “Direct Plasmadynamic Conversion of Plasma Thermal Power to Electricity for Microdistributed Power Applications,” 40th Annual Power Sources Conference, Cherry Hill, NJ, June 10-13, (2002), pp. 1-4; R. L. Mills, E. Dayalan, P. Ray, B. Dhandapani, J. He, “Highly Stable Novel Inorganic Hydrides from Aqueous Electrolysis and Plasma Electrolysis,” Electrochimica Acta, Vol. 47, No. 24, (2002), pp. 3909-3926; R. L. Mills, P. Ray, B. Dhandapani, R. M. Mayo, J. He, “Comparison of Excessive Balmer α Line Broadening of Glow Discharge and Microwave Hydrogen Plasmas with Certain Catalysts,” J. of Applied Physics, Vol. 92, No. 12, (2002), pp. 7008-7022; R. L. Mills, P. Ray, B. Dhandapani, M. Nansteel, X. Chen, J. He, “New Power Source from Fractional Quantum Energy Levels of Atomic Hydrogen that Surpasses Internal Combustion,” J. Mol. Struct., Vol. 643, No. 1-3, (2002), pp. 43-54; R. L. Mills, J. Dong, W. Good, P. Ray, J. He, B. Dhandapani, “Measurement of Energy Balances of Noble Gas-Hydrogen Discharge Plasmas Using Calvet Calorimetry,” Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 27, No. 9, (2002), pp. 967-978; R. L. Mills, P. Ray, “Spectroscopic Identification of a Novel Catalytic Reaction of Rubidium Ion with Atomic Hydrogen and the Hydride Ion Product,” Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 27, No. 9, (2002), pp. 927-935; R. L. Mills, A. Voigt, P. Ray, M. Nansteel, B. Dhandapani, “Measurement of Hydrogen Balmer Line Broadening and Thermal Power Balances of Noble Gas-Hydrogen Discharge Plasmas,” Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 27, No. 6, (2002), pp. 671-685; R. L. Mills, N. Greenig, S. 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Mills, “Temporal Behavior of Light-Emission in the Visible Spectral Range from a Ti-K2CO3-H-Cell,” Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 26, No. 4, (2001), pp. 327-332; R. L. Mills, M. Nansteel, and Y. Lu, “Observation of Extreme Ultraviolet Hydrogen Emission from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Strontium that Produced an Anomalous Optically Measured Power Balance,” Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 26, No. 4, (2001), pp. 309-326; R. L. Mills, “BlackLight Power Technology-A New Clean Hydrogen Energy Source with the Potential for Direct Conversion to Electricity,” Proceedings of the National Hydrogen Association, 12th Annual U.S. Hydrogen Meeting and Exposition, Hydrogen: The Common Thread, The Washington Hilton and Towers, Washington DC, (March 6-8, 2001), pp. 671-697; R. L. Mills, “The Grand Unified Theory of Classical Quantum Mechanics,” Global Foundation, Inc. Orbis Scientiae entitled The Role of Attractive and Repulsive Gravitational Forces in Cosmic Acceleration of Particles The Origin of the Cosmic Gamma Ray Bursts, (29th Conference on High Energy Physics and Cosmology Since 1964) Dr. Behram N. Kursunoglu, Chairman, December 14-17, 2000, Lago Mar Resort, Fort Lauderdale, FL, Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York, pp. 243-258; R. L. Mills, B. Dhandapani, N. Greenig, J. He, “Synthesis and Characterization of Potassium Iodo Hydride,” Int. J. of Hydrogen Energy, Vol. 25, Issue 12, December, (2000), pp. 1185-1203; R. L. Mills, “The Hydrogen Atom Revisited,” Int. J. of Hydrogen Energy, Vol. 25, Issue 12, December, (2000), pp. 1171-1183; R. L. Mills, “BlackLight Power Technology-A New Clean Energy Source with the Potential for Direct Conversion to Electricity,” Global Foundation International Conference on “Global Warming and Energy Policy,” Dr. Behram N. Kursunoglu, Chairman, Fort Lauderdale, FL, November 26-28, 2000, Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York, pp. 187-202; R. L. Mills, J. Dong, Y. Lu, “Observation of Extreme Ultraviolet Hydrogen Emission from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Certain Catalysts,” Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 25, (2000), pp. 919-943; R. L. Mills, “Novel Inorganic Hydride,” Int. J. of Hydrogen Energy, Vol. 25, (2000), pp. 669-683; R. L. Mills, “Novel Hydrogen Compounds from a Potassium Carbonate Electrolytic Cell,” Fusion Technol., Vol. 37, No. 2, March, (2000), pp. 157-182; R. L. Mills, W. Good, “Fractional Quantum Energy Levels of Hydrogen,” Fusion Technology, Vol. 28, No. 4, November, (1995), pp. 1697-1719; R. L. Mills, W. Good, R. Shaubach, “Dihydrino Molecule Identification,” Fusion Technol., Vol. 25, (1994), 103; R. L. Mills and S. Kneizys, Fusion Technol. Vol. 20, (1991), 65;ならびに、先行公開PCT出願番号国際公開第WO90/13126; WO92/10838; WO94/29873; WO96/42085; WO99/05735; WO99/26078; WO99/34322; WO99/35698; WO00/07931; WO00/07932; WO01/095944; WO01/18948; WO01/21300; WO01/22472; WO01/70627; WO02/087291; WO02/088020; WO02/16956; WO03/093173; WO03/066516; WO04/092058; WO05/041368; WO05/067678; WO2005/116630; WO2007/051078;およびWO2007/053486号;ならびに、先行米国特許第6,024,935号および第7,188,033号。
本発明のハイドリノ水素化物イオンは、ハイドリノ、すなわち、約13.6eV/n2(式中、n=1/pおよびpは1より大きい整数である)の結合エネルギーを有する水素原子との、電子源の反応により形成され得る。ハイドリノ水素化物イオンは、以下のH−(n=1/p)またはH−(1/p)で表される。
(i)対応する通常の水素種の結合エネルギーよりも大きい、または
(ii)周囲条件(標準温度および圧力、STP)下での熱エネルギーよりも小さいもしくは負である結合エネルギーを有するため、対応する通常の水素種が不安定である、または観察されない、いかなる水素種の結合エネルギーよりも大きい、結合エネルギーを有する水素種と、
(a)少なくとも1つの中性、正、または負の水素種(以降、「増加結合エネルギー水素種」と称する)であって、
(i)対応する通常の水素種の総エネルギーよりも大きい、または
(ii)周囲条件下での熱エネルギーよりも小さいもしくは負である総エネルギーを有するため、対応する通常の水素種が不安定である、または観察されない、いかなる水素種の総エネルギーよりも大きい、総エネルギーを有する水素種と、
水素種の総エネルギーは、水素種から電子のすべてを取り除くためのエネルギーの和である。本発明による水素種は、対応する通常の水素種の総エネルギーよりも大きな総エネルギーを有する。増加した総エネルギーを有する水素種のいくつかの実施形態は、対応する通常の水素種の第1電子結合エネルギーより小さい第1電子結合エネルギーを有し得るにもかかわらず、本発明による増加した総エネルギーを有する水素種は、「増加結合エネルギー水素種」とも称される。例えば、p=24の式(15〜16)の水素化物イオンは、通常の水素化物イオンの第1結合エネルギーより小さい第1結合エネルギーを有するが、p=24の式(15〜16)の水素化物イオンの総エネルギーは、対応する通常の水素化物イオンの総エネルギーよりずっと大きい。
(a)複数の中性、正、または負の水素種(以降、「増加結合エネルギー水素種」と称する)であって、
(i)対応する通常の水素種の結合エネルギーよりも大きい、または
(ii)周囲条件下での熱エネルギーよりも小さいもしくは負である結合エネルギーを有するため、対応する通常の水素種が不安定である、または観察されない、いかなる水素種の結合エネルギーよりも大きい、結合エネルギーを有する水素種と、
(a)複数の中性、正、または負の水素種(以降、「増加結合エネルギー水素種」と称する)であって、
(i)通常の分子水素の総エネルギーよりも大きい、または
(ii)周囲条件下での熱エネルギーよりも小さいもしくは負である総エネルギーを有するため、対応する通常の水素種が不安定である、または観察されない、いかなる水素種の総エネルギーよりも大きい、総エネルギーを有する水素種と、
原子水素とある特定の触媒との間の共鳴エネルギー移動機構(rt−プラズマ)に基づく新しい化学的に生成または支援されるプラズマ源が開発されており、新たな電源となり得る。生成物は、H−(1/4)およびH2(1/4)等の、より安定な水素化物および分子水素種である。1つのそのような源は、触媒が原子水素と反応してプラズマを生成するように、水素解離剤および触媒を白熱加熱してそれぞれ原子水素およびガス状触媒を提供することにより動作する。Millsらにより、低温
回転エネルギーは、十分確立された理論を用いて、Iおよび原子核間距離の非常に正確な尺度を提供する。
(水素触媒反応器)
本発明による、エネルギーおよびより低エネルギーの水素種を生成する水素触媒反応器50が図1Aに示されるが、エネルギー反応混合物54を含有する槽52、熱交換器60、ならびに蒸気発生器62およびタービン70等の電力変換器を備える。一実施形態において、触媒作用は、源56からの原子水素を触媒58に反応させてより低エネルギーの水素「ハイドリノ」を形成し電力を発生するステップを含む。水素および触媒を含む反応混合物が反応してより低エネルギーの水素を形成する際に、熱交換器60は触媒反応により放出された熱を吸収する。熱交換器は、蒸気発生器62と熱交換し、該発生器は交換器60からの熱を吸収して蒸気を生成する。エネルギー反応器50は、蒸気発生器62からの蒸気を受けて電力発生器80に機械力を供給するタービン70をさらに備え、電力発生器は蒸気エネルギーを電気エネルギーに変換し、これは負荷90が受けて仕事を生成または散逸する。
電力システムの一実施形態において、熱は熱交換媒体を有する熱交換器により取り除かれる。熱交換器は水冷壁であってもよく、媒体は水であってもよい。熱は、暖房およびプロセス加熱のために直接移動され得る。代替として、水等の熱交換媒体は、蒸気への変換等、相変化する。変換は蒸気発生器内で生じ得る。蒸気タービンおよび発生器等の熱機関において蒸気を使用して発電することができる。
本発明の実施形態によれば、ハイドリノおよび電力を生成するための反応器は、水素ガスセルの形態をとり得る。本発明のガスセル水素反応器を、図3Aに示す。反応物質ハイドリノは、触媒との触媒反応により提供される。触媒作用は、気体状態または固体状態または液体状態において生じ得る。
本発明の水素ガス放電電力およびプラズマセルならびに反応器を、図4Aに示す。図4Aの水素ガス放電電力およびプラズマセルならびに反応器は、チャンバ300を有する水素ガス入りグロー放電真空槽315を備える、ガス放電セル307を含む。水素源322は、水素供給路342を介して、制御弁325を通して、チャンバ300に水素を供給する。触媒は、セルチャンバ300に含有される。電圧および電流源330は、電流にカソード305とアノード320との間を通過させる。電流は逆にすることが可能であり得る。
LiH+e−→LiおよびH− (30)
であり得、次いで、反応
Li2NH+H−→Li+LiNH2 (31)
は、Li+LiNH2の定常状態レベルを維持するために、ある程度起こり得る。H2圧力、電子密度、およびエネルギーを、ハイドリノ反応物質Li+LiNH2を再生する最大限または所望の程度の反応を達成するために制御することができる。
気体状態の金属は、二原子共有結合分子を含む。本発明の目的は、LiならびにKおよびCs等の原子触媒、ならびに分子触媒NaHを提供することである。したがって、固体燃料の実施形態において、反応物質は、金属触媒Mで可逆的に形成され、Li等のガス状触媒をもたらすために分解または反応する合金、錯体、または錯体源を含む。別の実施形態では、触媒源および原子水素源のうちの少なくとも1つは、触媒および原子水素のうちの少なくとも1つを形成するように反応する、少なくとも1つの反応物質をさらに含む。一実施形態では、源(複数を含む)は、LiNH2等のアミド、Li2NH等のイミド、Li3N等の窒化物、およびNH3を含む触媒金属のうちの少なくとも1つを含む。これらの種の反応は、Li原子および原子水素の両方をもたらす。これらおよび他の実施形態は以下に示され、ここで、さらに、K、Cs、およびNaがLiに置き換わり、触媒は原子K、原子Cs、および分子NaHである。
本発明の化学反応器は、Mがアルカリ金属であり、Xがハロゲン化物であるMX等の、無機化合物源をさらに含む。ハロゲン化物に加えて、無機化合物は、水酸化物、酸化物、炭酸塩、硫酸塩、リン酸塩、ホウ酸塩、およびシリケート等の、アルカリまたはアルカリ土類塩であり得る(他の好適な無機化合物は、D. R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 86th Edition, CRC Press, Taylor & Francis, Boca Raton, (2005-6), pp. 4-45 to 4-97に示され、これは参照することにより本明細書に組み入れられる)。無機化合物は、生成物蓄積および結果として生じる逆反応、または他の生成物阻害を防止することによって、発電におけるゲッターとしての役割をさらに果たすことができる。好ましいLi化学式パワーセルは、約101kPaのH2および約700+℃で作動する水素セルにおいて、Li、LiNH2、LiBrまたはLiI、およびR−Niを含む。好ましいNaH化学式パワーセルは、約101kPaのH2および約700+℃で作動する水素セルにおいて、Na、NaX(Xはハロゲン化物、好ましくは、BrまたはIである)、およびR−Niを含む。セルは、NaHおよびNaNH2のうちの少なくとも1つをさらに含み得る。好ましいK化学式パワーセルは、約101kPaのH2および約700+℃で作動する水素セルにおいて、K、KI、およびNiスクリーン、またはR−Ni解離剤を備える。一実施形態では、H2圧力範囲は、約133Pa〜13.3MPaである。好ましくは、H圧力は、約101〜133kPaの範囲内に維持される。LiHBrおよびLiHI等のLiHXは、典型的に、約450〜550℃の温度範囲内で合成されるが、LiHが存在する場合、より低い温度(約350℃)で作動することができる。NaHBrおよびNaHI等のNaHXは、典型的に、約450〜550℃の温度範囲内で合成される。KHI等のKHXは、好ましくは、約450〜550℃の温度範囲内で合成される。NaHXおよびKHX反応器の実施形態では、NaHおよびKは、触媒容器等の源から供給され、セル温度は、触媒容器の温度よりも高いレベルで維持される。好ましくは、セルは、約300〜550℃の温度範囲で維持され、容器は、約50〜200℃低い温度範囲内で維持される。
本発明の反応混合物は、触媒または触媒源および原子水素または原子水素源(H)を含み、ここで、触媒および原子水素のうちの少なくとも1つは、反応混合物の少なくとも1種、または2種以上の反応混合物種間の化学反応によって放出される。好ましくは、反応は可逆的である。好ましくは、放出されるエネルギーは、触媒および反応水素の形成の反応のエンタルピーよりも大きく、反応混合物の反応物質が再生および再循環される場合、好ましくは、正味エネルギーは、方程式(1)により与えられる生成物Hの状態の形成の大きいエネルギーによって、反応および再生サイクルにわたって放出される。種は、元素、合金、または分子もしくは無機化合物等の化合物のうちの少なくとも1つであってもよく、ここで、それぞれは、反応器内の試薬または生成物のうちの少なくとも1つであり得る。一実施形態では、種は、水素および触媒のうちの少なくとも1つで、合金、または分子もしくは無機化合物等の化合物を形成し得る。反応混合物種のうちの1つ以上は、Hまたは遊離触媒を放出するためのエネルギーが、反応生成物種の形成がない場合と比べてより低くなるように、1つ以上の反応生成物種を形成することができる。方程式(1)により与えられるエネルギー準位を有する状態を形成するための、触媒および原子水素を提供するための反応物質の実施形態では、反応物質は、固体、液体(溶融を含む)、およびガス状反応物質のうちの少なくとも1つを含む。方程式(1)により与えられるエネルギー準位を有する状態を形成するための、触媒および原子水素を形成するための反応は、固相、液相(溶融を含む)、および気相のうちの1つ以上で生じる。追加の試薬を含む他の反応が本発明の範囲内であるという点で、制限することを確実に意図していない、例示的な固体燃料反応が本明細書に示される。
LiNH2+Li−Li→Li+H+Li2NH (32)
である。他のLi合金系の実施形態では、反応機構は、Nと置き換わる他の合金元素を有するLi/N系の反応機構と類似している。S、Sn、Si、およびCのうちの少なくとも1つを有するLiを含む反応混合物を含む、ハイドリノ反応物質、原子LiおよびHを形成するための反応を行うための例示的な反応機構は、
SH+Li−Li→Li+H+LiS (33)
SnH+Li−Li→Li+H+LiSn (34)
SiH+Li−Li→Li+H+LiSi、および (35)
CH+Li−Li→Li+H+LiC (36)
である。
固体および液体状態のリチウムは金属であり、気体は、共有結合Li2分子を含む。原子リチウムを生成するために、固体燃料の反応混合物は、Li/N合金反応物質を含む。反応混合物は、Li、LiH、LiNH2、Li2NH、Li3N、NH3、解離剤、H2ガスまたは水素化物等の水素源、担体、およびLiX(Xはハロゲン化物である)等のゲッターの群のうちの少なくとも1つを含み得る。解離剤は、好ましくは、Liに不活性な高表面積担体上のPtまたはPdである。それは、炭素またはPd/Al2O3上にPtまたはPdを含んでもよい。後者の担体は、LiAlO2等の材料の表面保護コーティングを含むことができる。Li/N合金またはNa/N合金を含む試薬混合物のための好ましい解離剤は、Al2O3上のPtまたはPd、ラネーニッケル(R−Ni)、および炭素上のPtまたはPdである。解離剤担体がAl2O3である場合、反応器温度は、Liとのその相当量の反応をもたらす温度以下に維持され得る。温度は、約250°C〜600°Cの範囲以下であり得る。別の実施形態では、Liは、LiHの形であり、反応混合物は、LiNH2、Li2NH、Li3N、NH3、解離剤、H2ガスまたは水素化物等の水素源、担体、およびLiX(Xはハロゲン化物である)等のゲッターのうちの1つ以上を含み、ここで、LiHのAl2O3との反応は、実質的に吸熱反応である。他の実施形態では、解離剤は、反応混合物の残りから分離されてもよく、ここで、セパレータはH原子を通過させる。
2LiNH2→Li2NH+NH3 (39)
LiHが存在する場合、アンモニアは反応してH2を放出し、
LiH+NH3→LiNH2+H2 (40)
正味反応は、H2の形成によるLiNH2の消費である。
LiNH2+LiH→Li2NH+H2 (41)
Liが存在する場合、アミドは、エネルギー的にはるかに有利なLiのアンモニアとの逆反応によって、消費されない。
Li−Li+NH3→LiNH2+H+Li (42)
したがって、一実施形態では、反応物質は、方程式(37〜38)に従って原子Liおよび原子Hを形成するために、LiおよびLiNH2の混合物を含む。
Li3N+H→Li2NH+Li (43)
をもたらす。次いで、原子Li触媒は、追加の原子Hと反応し、ハイドリノを形成することができる。LiH、Li2NH、およびLiNH2等の副生成物は、H2の反応槽を空にすることによって、Li3Nに変換することができる。代表的なLi/N合金反応は、以下の通りである。
Li2+NH3→LiNH2+Li+H (53)
LiNH2は、反応
2LiNH2→Li2NH+NH3 (54)
によってNH3の源である。好ましい実施形態では、Liは、アンモニアを反応するために、大きい表面積を有する担体上に分散される。アンモニアはまた、LiNH2を生成するために、LiHと反応することができる。
LiH+NH3→LiNH2+H2 (55)
H2+Li2NH→LiNH2+LiH (56)
別の実施形態では、反応物質は、LiNH2および解離剤の混合物が関与する。原子リチウムを形成するための反応は、
LiNH2+H→Li+NH3 (57)
である。
Li2+LiBH4→LiBH3+Li+LiH (58)
NH4Xは、LiNH2およびH2を生成することができる。
Li2+NH4X→LiX+LiNH2+H2 (59)
NH4X+Li−Li→Li+H+NH3+LiX (60)
であり、式中、Xは、対イオン、好ましくは、ハロゲン化物である。
Li2NH+H→LiNH2+Li (61)
Li3N+H→Li2NH+Li (62)
Li−Li+NH3→Li+LiNH2+H (63)
Li−Li+NH2→LiNH2+Li (64)
Li−Li+NH2→Li2NH+H (65)
他の実施形態では、K、Cs、およびNaが、Liに置き換わり、ここで、触媒は、原子K、原子Cs、および分子NaHである。
LiH+Li2NH→2Li+LiNH2 (66)
LiH+K→Li+KH (67)
KH+Li2NH→K+Li+LiNH2 (68)
であり、式中、Hは、それが、より低エネルギーの水素の生成によって消費される速度で添加される。代替として、Kは、LiHからLiおよびHを触媒的に生成し、ここで、LiNH2は、Li2NHの水素化から直接形成される。反応ステップは、
Li2NH+2H→LiH+LiNH2 (69)
LiH+K→KH+Li (70)
KH→K+H(g) (71)
である。水素化物(KH)の不安定性の好ましい条件に加えて、アミド(KNH2)もまた、リチウムアミドのカリウムアミドとの交換が、熱力学的に好ましくならないように、不安定である。Kに加えて、Naは、LiHを還元することができ、より低い蒸気圧を有するため、好ましい金属溶媒である。好適な金属溶媒の他の例は、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、およびSnである。溶媒は、2つ以上のアルカリまたはアルカリ土類金属の混合物等の、金属の混合物を含んでもよい。好ましい溶媒は、380℃を超えるLi(過剰)およびNaであり、これは、Liがこの温度より上でNaに混和性を有するためである。
本発明は、反応混合物を生成または再生し、該反応中に形成されるいかなる副生物からも、方程式(1)により与えられる状態を形成するための方法およびシステムをさらに含む。例えば、エネルギー反応器の一実施形態では、Li、LiNH2、およびLiNO3等の触媒反応混合物は、Cotton and Wilkinsonに示されるような当業者に既知の方法によって、LiOHおよびLi2O等のいかなる副生物からも再生される。副生物を含む反応混合物の成分は、液体または固体であり得る。混合物は、所望の温度に加熱または冷却され、生成物は、当業者によって既知の手段によって物理的に分離される。一実施形態では、LiOHおよびLi2Oは固体であり、Li、LiNH2、およびLiNO3は液体であり、固形成分は、液体成分から分離される。LiOHおよびLi2Oは、高温でのH2での還元によって、または溶融化合物もしくはそれらの含有する混合物の電気分解によって、リチウム金属に変換することができる。電気分解セルは、LiOH、Li2O、LiCl、KCl、CaCl2、およびNaClのうちの少なくとも1つを含む、共晶溶融塩を含み得る。電気分解セルは、BeOまたはBN槽等の、Liによる衝撃に耐性を有する材料から成る。Li生成物は、蒸留によって精製することができる。LiNH2は、Liの窒素との反応、続いて、水素還元等の、当技術分野で既知の手段によって形成される。代替として、LiNH2は、LiのNH3との反応によって直接形成することができる。
さらなる実施形態では、MH(Hは水素であり、Mは別の元素である)等の水素を含む化合物は、水素源および触媒源として機能する。一実施形態では、触媒系は、結合エネルギーとt電子のイオン化エネルギーの和が近似的にm・27.2eV及びm・(27.2/2)eV(式中、mは整数である)のうちの1つであるような、M−H結合の解離、および連続体エネルギー準位までの原子Mそれぞれからのt電子のイオン化によって提供される。
NaOH+M→MOH+Na (104)
2NaOH+M→M(OH)2+2Na (105)
によって、Na+をNaに還元することができる。Mはまた、NaOHと反応して、HならびにNaを形成し得る。
2NaOH+M→Na2O+H2+MO (106)
Na2O+M→M2O+2Na (107)
Na+H→NaH (108)
によって形成され得る。Naは、それが追加のNaH源であるため、好ましい還元性物質である。
NaOH+H2→NaH+H2O (109)
また、NaHおよび酸化リチウムを形成するための、水酸化ナトリウムおよび窒化リチウムの反応は、
一実施形態では、H源は、触媒NaHを形成するためにNa源に提供される。Na源は金属であり得る。H源は水酸化物であり得る。水酸化物は、アルカリ、アルカリ土類水酸化物、遷移金属水酸化物、およびAl(OH)3のうちの少なくとも1つであってもよい。一実施形態では、Naは、水酸化物と反応し、対応する酸化物およびNaH触媒を形成する。水酸化物がMg(OH)2である一実施形態では、生成物はMgOである。水酸化物がCa(OH)2である一実施形態では、生成物はCaOである。アルカリ土類酸化物は、Cottonに示されるような水酸化物を再生するために、水と反応させることができる。水酸化物は、濾過および遠心分離等の手段によって沈殿物として回収することができる。
固体および液体状態のナトリウムは金属であり、気体は、共有結合Na2分子を含む。NaH触媒を生成するために、固体燃料の反応混合物は、Na/N合金反応物質を含む。一実施形態では、反応混合物、固体燃料反応、および再生反応は、Li/N系のものを含み、ここで、固体燃料反応が原子LiおよびHではなくむしろ分子NaHを生成することを除いて、NaがLiに置き換わり、触媒は分子NaHである。一実施形態では、反応混合物は、NaH源と反応しNaH触媒を形成する、1つ以上の化合物を含む。反応混合物は、Na、NaH、NaNH2、Na2NH、Na3N、NH3、解離剤、水素源、例えばH2ガスまたは水素化物等、担体、およびゲッター、例えばNaX(Xはハロゲン化物である)等の群のうちの少なくとも1つを含み得る。解離剤は、好ましくは、Pt、Ru、またはPd/Al2O3粉末である。高温度作動に対して、解離剤は、Naに適切に不活性な高表面積担体上にPtまたはPdを含み得る。解離剤は、炭素またはPd/Al2O3上のPtまたはPdであり得る。後者の担体は、NaAlO2等の材料の表面保護コーティングを含み得る。反応物質は、いかなる重量%で存在してもよい。
Li+NaNH2→LiNH2+Na (127)
および
Na+H→NaH (128)
LiH+NaNH2→LiNH2+NaH (129)
Na2+NaBH4→NaBH3+Na+NaH (130)
NH4Xは、NaNH2およびH2を生成することができる。
Na2+NH4X→NaX+NaNH2+H2 (131)
次いで、NaH触媒は、方程式(117〜129)の反応に従って生成することができる。別の実施形態では、ハイドリノ触媒NaHを形成するためのNa/N系のための反応機構は、
NH4X+Na−Na→NaH+NH3+NaX (132)
である。
一実施形態では、NaH分子またはNaおよび水素化R−Niは、Liベースの反応物質系に関して開示された後のシステムおよび方法によって再生することができる。一実施形態では、Naは、NaHから放出されるH2を排出することによって、固体NaHから再生することができる。NaH分解のための約133Paでのプラトー温度は、約500℃である。NaHは、約133Pa、およびR−Niの合金形成および焼結温度以下である500℃で分解することができる。溶融Naは、R−Niから分離することができ、R−Niは、再水素化されてもよく、Naおよび水素化R−Niは、別の反応サイクルに戻すことができる。水素化物表面上に蒸着されたNaの場合、再生は、Naを除去するためにポンピングで加熱することによって達成することができ、水素化物は、H2を導入することによって再水素化することができ、Na原子は、セルが一実施形態において空にされた後に、再生された水素化物上に再蒸着することができる。
MH型の別の触媒系はアルミニウムを含む。AlHの結合エネルギーは2.98eVである。Alの第1および第2のイオン化エネルギーはそれぞれ、5.985768eVおよび18.82855eVである。これらのエネルギーに基づいて、AlH分子は、AlHの結合エネルギーおよびAlからAl2+への二重イオン化(t=2)が、27.79eV(27.2eV)であり、それが、方程式(2)におけるm=1に等しいため、触媒およびH源として機能することができる。触媒反応は、
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以下、この実験の項に示される方程式の番号、項の番号、および参照番号は、本開示のこの実験の項に示されるものを指す。
広範囲にわたる調査技術からのデータは、水素が従来可能であると考えられていたよりも低いエネルギー状態で存在し得ることを、強く、また一貫して示している。予測される反応は、他の場合には安定した原子水素からエネルギーを受容可能な触媒への共鳴非放射性エネルギー移動を含む。生成物は、H(1/p)、つまり「ハイドリノ原子」と呼ばれる原子水素の分数リュードベリ状態であり、式中、
n=1/2,1/3,1/4,...,1/p (P≦137は整数である)が、水素励起状態のリュードベリ方程式における周知のパラメータn=整数と置き換わる。原子リチウムおよび分子NaHは、触媒の基準、すなわち原子水素のポテンシャルエネルギー27.2eVの整数倍mに等しいエンタルピー変化での化学的または物理的プロセス(例えば、Liに対してm=3、およびNaHに対してm=2)を満たしているため、触媒として機能した。新規なハロゲン化アルカリハイドリノ水素化物化合物(MH*X;M=LiまたはNa、X=ハロゲン化物)の対応するハイドリノ水素化物イオンH−(1/4)および二ハイドリノ分子H2(1/4)のエネルギー準位に関する閉じた形の方程式に基づく具体的な予測が、化学的に生成された触媒反応物質を使用して試験された。
Millsは、古典的法則を使用して束縛電子の構造を解き、続いて、古典的物理学の大統一理論(GUTCP)と呼ばれる法則に基づいて、統一理論を展開し、その結果は、クォークの規模から宇宙までの物理学および化学の基本的現象の観察と一致する。この論文は、強力な新しいエネルギー源およびより低エネルギーの状態への原子水素の遷移を表す、水素原子のより低エネルギーの状態の存在を含むGUTCPの2つの具体的な予測を対象とする、連続する2つの論文の1つ目である[2]。
n=1,1/2,1/3,1/4,...,1/p(P≦137は整数である)(2c)
は、水素励起状態のリュードベリ方程式における周知のパラメータn=整数と置き換わる。水素のn=1状態および水素のn=(1/整数)状態は非放射性であるが、2つの非放射状態の間、例えばn=1からn=1/2の遷移は、非放射のエネルギー移動によって可能である。したがって、触媒は、m・27.2eVの正の正味反応エンタルピーを提供する(すなわち、共鳴的に水素原子からの非放射性のエネルギー移動を受容し、エネルギーを周囲に放出して、分数量子エネルギー準位まで電子遷移をもたらす)。非放射性のエネルギー移動の結果、水素原子は不安定となり、それが、方程式(2a)および(2c)により与えられる主エネルギー準位を有するより低いエネルギーの非放射状態に達するまで、さらなるエネルギーを放出する。
式中、pは、整数であり、cは、真空中の光速であり、μは、減少した原子核質量であり、kは、基礎定数のみを用いて閉じた形の方程式で以前解かれた調和力定数である。長円分子軌道の各焦点で+peの中心力場を有する水素分子の総エネルギーは、
式中、p=整数であり、Iは慣性モーメントであり、H2のJ=0からJ=1の遷移に対する実験的回転エネルギーは、Atkinsにより与えられる。
したがって、少量のNaOH、Na、および原子水素は、NaH触媒の触媒源として機能し、それは、方程式(31〜34)により与えられるような複数の再生反応サイクルを通して、大量のハイドリノを形成する。約100m2/gの高表面積を有し、Hを含有するR−Niは、NaOHで表面被覆され、Na金属と反応しNaH(g)を形成した。NaH(g)の形成におけるエネルギー収支は、含まれる量が少ないことから無視することができたため、方程式(23〜25)により与えられるハイドリノ反応に起因するエネルギーおよび電力は、水流バッチ熱量測定法を使用して特異的に測定された。次に、R−Ni 2400が、約0.5重量%のNaOHを含むように調製され、金属間Alは、熱量測定中にNaH触媒を形成するための還元性物質として機能した。形成の熱から計算されたNaOH+AlからAl2O3+NaHへの反応は[65]、ΔH=−189.1kJ/moleNaOHによって発熱的である。釣り合いの取れた反応は、
Rt−プラズマおよび線の広がりの測定。LiNH2アルゴン−水素(95/5%)およびLiNH2水素rt−プラズマを、ガス入口および出口のためのポートを組み込んだキャップを有する熱的に絶縁されたステンレススチール製セルを含む、以前に記載された実験用の設定(図1)において生成した。加熱器および水素解離剤として機能したチタンフィラメント(長さ、55cm、直径0.5mm)が、セル内にあった。1gのLiNH2(Alfa Aesar 99.95%)を、グローブボックス内の1atmの乾燥アルゴン下でセルの中央に配置した。セルを密閉し、グローブボックスから取り出した。セルは、133Paの圧力で30sccmで流動するヘリウムで、4時間50℃で維持された。フィラメント電力は、20分毎に20Wの増加量で200Wまで増加した。120Wにおいて、フィラメント温度は、800〜1000℃の範囲内であると推定された。外部セル壁の温度は、約700℃であった。次いで、133Paで維持される5.5sccmのアルゴン−水素(95/5%)流速の存在下および非存在下で、セルを作動した。さらに、アルゴン−水素(95/5%)と置き換わる水素ガス流でセルを作動した。Li線の存在の証拠として、LiNH2をフィラメント加熱器によって気化した。80/80μmの入口/出口スリットおよび3秒の積分時間を使用して、以前に記載されたCCD検出器を備えるJobin Yvon Horiba 1250M分光計で、バルマー領域にわたる可視スペクトルを記録することによって、アルゴン−水素または水素プラズマの存在を決定した。
A.RT−プラズマ放射およびバルマーα線幅。チタンフィラメントで生成された原子水素および加熱によって気化された
(A)H−(1/4)に帰属される−4ppmの高磁場シフトピーク、H2(1/4)に帰属される1.1ppmのピーク、およびH2に帰属される主要な4ppmのピークを示す水素付加で合成されたNaH*Cl。
(B)H−(1/4)に帰属される−4ppmの高磁場シフトピーク、H2(1/4)、H2(1/4)に帰属される主要な1.0ppmのピーク、およびH2に帰属される小さな4.1ppmを示す水素付加なしで合成されたNaH*Cl。
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Claims (119)
- 電源および水素化物反応器であって、
新規な水素種および新規形態の水素を含む組成物を形成する、原子水素の触媒作用のための反応セルと、
大気圧よりも低い、それと等しい、またはそれよりも高い範囲の圧力を含有するように構築および構成された反応槽と、
真空ポンプと、
前記反応槽と連通した源からの、原子水素源と、
水素触媒源であって、前記触媒を形成する元素(複数を含む)と少なくとも他の1種の元素とを含む少なくとも1種の反応物質の反応混合物を含む前記反応槽と連通し、前記源から前記触媒が形成される、水素触媒源と、
反応が周囲温度で自然発生しない場合、前記槽を加熱して前記反応槽内で前記触媒の形成を開始させるための加熱器であって、それによって原子水素の前記触媒作用が、水素原子の触媒作用の間水素1モルあたり約300kJを超える量のエネルギーを放出する、加熱器と、を備える電源および水素化物反応器。 - 新規な水素種および新規形態の水素を含む組成物を形成する、原子水素の触媒作用のためのエネルギーセルと、水素触媒源と、原子水素源とを備え、それによって前記水素触媒源は、水素および少なくとも他の1種の元素を有する少なくとも1種の反応物質を含み、
前記少なくとも1種の反応物質は、放出されたエネルギーが、生成物の化学量または元素組成を有する化合物の標準生成エンタルピーと、前記少なくとも1種の反応物質の生成エネルギーとの差よりも大きくなるように反応する、請求項1に記載の電源および水素化物反応器。 - 前記水素触媒源は、水素および少なくとも他の1種の元素を有する少なくとも1種の反応物質を含み、
前記少なくとも1種の反応物質は、任意の反応した水素を置換するエネルギーを標準値として、放出されたエネルギーが生成物から前記少なくとも1種の反応物質を再生するために必要な理論標準エンタルピーよりも大きくなるように反応する、請求項1に記載の電源および水素化物反応器。 - 放出されたエネルギーが、生成物の化学量または元素組成を有する化合物の標準生成エンタルピーと、反応物質の生成エネルギーとの差よりも大きくなるように反応する水素および少なくとも他の1種の元素の反応物質を含む、電力を生成するための請求項1に記載の電源および水素化物反応器。
- 任意の反応した水素を置換するエネルギーを水素の燃焼に対する標準値として、放出されたエネルギーが、生成物から反応物質を再生するために必要な理論標準エンタルピーよりも大きくなるように反応する水素および少なくとも他の1種の元素の反応物質を含む、電力を生成するための請求項1に記載の電源および水素化合物反応器。
- 触媒原子Mは、原子Li、K、およびCsの群のうちの少なくとも1つである、請求項7に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記触媒源は、触媒原子の二原子分子を含む、請求個8に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記反応混合物は、Li、K、Cs、およびHの群のうちの1つを含む、原子触媒および原子水素の源としての第1の反応物質を含み、
前記反応混合物は、少なくとも他の1種の反応物質をさらに含み、前記原子水素および原子触媒は、少なくとも1種の第1の反応物質および少なくとも他の1種の反応物質の反応により形成される、請求項8に記載の電源および水素化物反応器。 - 前記触媒源は、MH(式中Mは触媒原子である)を含み、少なくとも他の1種の元素を含む種との反応により、前記源から原子触媒が形成される、請求項10に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記触媒源は、水素および別の元素を含む二原子分子を生成する反応を含む、請求項12に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記触媒は、水素および水素以外の元素を含む、請求項13に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記触媒および反応物質原子水素源は、水素および別の元素を含む二原子分子を含む、請求項14に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記触媒は、分子AlH、BiH、ClH、CoH、GeH、InH、NaH、RuH、SbH、SeH、SiH、およびSnHのうちの少なくとも1つを含む、請求項15に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記触媒の元素(複数を含む)、別の元素、および、前記触媒の組成と同じ組成であるが物理的状態が触媒の物理的状態とは異なる組成物のうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記触媒源は、水素および水素以外の別の元素を含む、請求項1に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記反応混合物は、触媒または触媒源、および原子水素または原子水素(H)源を含み、前記触媒および原子水素のうちの少なくとも1つは、前記反応混合物の少なくとも1種、または2種以上の反応混合物種間の化学反応により放出される、請求項1に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記種が、元素、錯体、合金、または、分子もしくは無機化合物等の化合物のうちの少なくとも1つであり得、それぞれ前記反応器内の試薬または生成物のうちの少なくとも1つであり得る、請求項19に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記種は、水素および前記触媒のうちの少なくとも1つとともに、錯体、合金、または化合物を形成し得る、請求項20に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記元素または合金は、M(触媒原子)、H、Al、B、Si、C、N、Sn、Te、P、S、Ni、Ta、Pt、およびPdのうちの少なくとも1つを含む、請求項21に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記触媒原子Mは、Li、K、Cs、およびNaの群のうちの少なくとも1つであり、前記触媒は、原子Li、K、およびCs、ならびに分子NaHである、請求項22に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記反応混合物種の1種以上が、反応生成物種の形成がない場合と比較してHまたは遊離触媒を放出するためのエネルギーが減少されるように、1種以上の反応生成物種を形成し得る、請求項23に記載の電源および水素化物反応器。
- 原子Hおよび触媒のうちの少なくとも1つを生成するための前記反応は、可逆的である、請求項24に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記錯体、合金、または化合物は、リチウム合金または化合物を含む、請求項25に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記反応混合物は、LiAlH4、Li3AlH6、LiBH4、Li3N、Li2NH、LiNH2、NH3、H2、LiNO3、Li/Ni、Li/Ta、Li/Pd、Li/Te、Li/C、Li/Si、およびLi/Snの群の合金または化合物のうちの少なくとも1つを含む、請求項26に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記反応混合物は、Li源と反応してLi触媒を形成する1種以上の化合物を含み、
前記反応混合物は、LiNH2、Li2NH、Li3N、Li、LiH、NH3、H2、
および解離剤の群からの少なくとも1種を含む、請求項27に記載の電源および水素化物反応器。 - 前記反応混合物は、LiH、LiNH2、およびAl2O3粉末上のPdを含む、請求項28に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記反応混合物は、Li、Li3N、およびAl2O3粉末上の水素化されたPd、および任意選択でH2ガスを含む、請求項29に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記触媒源は、NaH触媒源を含み、前記NaH源は、Naおよび水素源の合金である、請求項25に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記触媒合金源は、ナトリウム金属および1種以上の他の窒素系化合物、アルカリまたはアルカリ土類金属、遷移金属、Al、Sn、Bi、Ag、In、Pb、Hg、Si、Zr、B、Pt、Pd、または他の金属のうちの少なくとも1つを含み、前記H源は、H2または水素化物を含む、請求項31に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記水素触媒源は、Naを含む無機化合物を含む、請求項32に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記反応混合物は、NaH源と反応してNaH触媒を形成する1種以上の化合物を含み、
前記NaH触媒源および前記反応混合物のうちの少なくとも1つは、Na、NaH、アルカリまたはアルカリ土類水酸化物、水酸化アルミニウム、アルカリ金属、アルカリ土類金属、NaOHドープR−Ni、NaOH、Na2O、およびNa2CO3、ならびに、NaNH2、Na2NH、Na3N、Na、NaH、NH3、H2、および解離剤の群からの少なくとも1種を含む、請求項33に記載の電源および水素化物反応器。 - 前記反応混合物は、NaH源と反応してNaH触媒を形成する1種以上の化合物を含み、
前記反応混合物は、NaNH2、Na2NH、Na3N、Na、NaH、NH3、H2、および解離剤の群からの少なくとも1種を含む、請求項33に記載の電源および水素化物反応器。 - 前記反応混合物は、NaH源と反応してNaH触媒を形成する1種以上の化合物を含み、
前記反応混合物は、NaH、Na、金属、金属水素化物、ランタニド金属、ランタニド金属水素化物、ランタン、水素化ランタン、H2、および解離剤の群からの少なくとも1種を含む、請求項35に記載の電源および水素化物反応器。 - 前記反応混合物は、
NaOHからNaHを形成するための還元性物質を含む反応物質、ならびに
NaH、H2ガスおよび解離剤のうちの少なくとも1つと水素化物とを含む前記水素源、のうちの少なくとも1つを含む、請求項34に記載の電源および水素化物反応器。 - 原子ナトリウムおよび分子NaHのうちの1つが、金属、イオン、または分子形態のNaと、少なくとも他の1種の化合物または元素との間の反応により提供され、
前記NaまたはNaH源は、金属Na、NaNH2、NaOH、NaX(Xはハロゲン化物である)、およびNaH(s)のうちの少なくとも1つであり、
前記他の元素は、H、置換剤、または還元剤である、請求項34に記載の電源および水素化物反応器。 - 前記反応混合物は、
(1)ナトリウム源、
(2)担体材料、
(3)水素源、
(4)置換剤、および
(5)還元性物質または還元剤のうちの少なくとも1つを含む、請求項34に記載の電源および水素化物反応器。 - 前記ナトリウム源は、Na、NaH、NaNH2、NaOH、NaOH被覆R−Ni、NaX(Xはハロゲン化物である)、およびNaX被覆R−Niを含む、請求項40に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記還元性物質または還元剤は、金属、例えばアルカリ金属、アルカリ土類金属、ランタニド、Ti等の遷移金属、アルミニウム、B、金属合金、例えばAlHg、NaPb、NaAl、LiAl等、および金属源単体または還元剤との組み合わせ、例えばアルカリ土類ハロゲン化物、遷移金属ハロゲン化物、ランタニドハロゲン化物、ハロゲン化アルミニウム等、金属水素化物、例えばLiBH4、NaBH4、LiAlH4、またはNaAlH4等、ならびに、アルカリまたはアルカリ土類金属および酸化性物質、例えばAlX3、MgX2、LaX3、CeX3、およびTiXn(式中Xはハロゲン化物、好ましくはBrまたはIである)のうちの少なくとも1つを含む、請求項41に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記水素源は、H2ガスおよび解離剤および水素化物を含む、請求項42に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記置換剤は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属水素化物、およびアルカリ土類金属水素化物のうちの少なくとも1つを含む、請求項43に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記担体は、R−Ni、Al、Sn、Al2O3、例えばγ、β、またはαアルミナ等、アルミネート、アルミン酸ナトリウム、アルミナナノ粒子、多孔質Al2O3、Pt、Ru、またはPd/Al2O3、炭素、PtまたはPd/C、無機化合物、例えばNa2CO3等、ランタニド酸化物、例えばM2O3(好ましくは、M=La、Sm、Dy、Pr、Tb、Gd、およびErである)等、Si、シリカ、シリケート、ゼオライト、Yゼオライト粉末、ランタニド、遷移金属、金属合金、例えばNaとのアルカリおよびアルカリ土類合金、希土類金属、SiO2−Al2O3またはSiO2担持Niおよび他の担持金属、例えばアルミナ担持白金、パラジウム、およびルテニウムのうちの少なくとも1つ等のうちの、少なくとも1つを含む、請求項44に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記解離剤は、ラネーニッケル(R−Ni)、貴重金属または貴金属、および担体上の貴重金属または貴金属のうちの少なくとも1つを含み、前記貴重金属または貴金属は、Pt、Pd、Ru、Ir、およびRhであり得、前記担体は、Ti、Nb、Al2O3、SiO2、およびこれらの組み合わせのうちの少なくとも1つであり得、
炭素上PtまたはPd、水素スピルオーバー触媒、ニッケル繊維マット、Pdシート、Tiスポンジ、TiまたはNiスポンジまたはマット上に電気メッキされたPtまたはPd、TiH、PtブラックおよびPdブラック、耐熱金属、例えばモリブデンおよびタングステン等、遷移金属、例えばニッケルおよびチタン等、内部遷移金属、例えばニオブおよびジルコニウム等、ならびに耐熱金属、例えばタングステンまたはモリブデン等、ならびに解離金属が、高温で維持され得る、請求項45に記載の電源および水素化物反応器。 - 前記NaH源は、NaHを形成するためのNaOHおよび反応物質を含むR−Niであり得、前記反応物質は、R−Niの金属間のアルカリ金属、アルカリ土類金属、およびAlのうちの少なくとも1つを含む還元性物質である、請求項40に記載の電源および水素化物反応器。
- 電源および水素化物反応器であって、
新規な水素種および新規形態の水素を含む組成物を形成するための、原子水素の触媒作用のための反応セルと、
大気圧よりも低い、それと等しい、またはそれよりも高い範囲の圧力を含有するように構築および構成された反応槽と、
真空ポンプと、
前記反応槽と連通した源からの、原子水素源と、
前記反応槽と連通した水素触媒M源であって、触媒それぞれからの
触媒がまだ存在しない場合には、前記触媒源から触媒を形成する反応混合物と、
反応が周囲温度で自然発生しない場合、前記槽を加熱して前記反応槽内で前記触媒形成の反応およびハイドリノ反応のうちの少なくとも1つを開始させるための加熱器であって、触媒された原子Hが、水素原子の触媒作用の間水素1モルあたり約300kJを超える量のエネルギーを放出する、加熱器と、を備える電源および水素化物反応器。 - 前記触媒原子Mは、原子Li、K、およびCsの群のうちの少なくとも1つである、請求項48に記載の電源および水素化物反応器。
- 電源および水素化物反応器であって、
新規な水素種および新規形態の水素を含む組成物を形成するための、原子水素の触媒作用のための反応セルと、
大気圧よりも低い、それと等しい、またはそれよりも高い範囲の圧力を含有するように構築および構成された反応槽と、
真空ポンプと、
前記反応槽と連通した源からの、原子水素源と、
前記反応槽と連通した、原子Li、K、およびCs触媒の群の少なくとも1つの源と、
触媒がまだ存在しない場合には、前記原子触媒源から原子触媒を形成する反応混合物と、
反応が周囲温度で自然発生しない場合、前記槽を加熱して前記反応槽内で原子Li、K、およびCs触媒のうちの少なくとも1つの形成を開始させるための加熱器であって、Hとの触媒反応が、水素原子の触媒作用の間水素1モルあたり約300kJを超える量のエネルギーを放出する、加熱器と、を備える電源および水素化物反応器。 - 前記反応混合物は、LiH、LiNH2、およびAl2O3粉末上のPdを含む、請求項50に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記反応混合物は、Li、Li3N、およびAl2O3粉末上の水素化されたPd、および任意選択でH2ガスを含む、請求項50に記載の電源および水素化物反応器。
- 電源および水素化物反応器であって、
新規な水素種および新規形態の水素を含む組成物を形成するための、原子水素の触媒作用のための反応セルと、
大気圧よりも低い、それと等しい、またはそれよりも高い範囲の圧力を含有するように構築および構成された反応槽と、
真空ポンプと、
MHを含む前記反応槽と連通した水素触媒源であって、M−H結合の解離、および連続体エネルギー準位までの原子Mそれぞれからの
分子MHがまだ存在しない場合には、前記分子MH源から前記分子MHを形成する反応混合物と、
反応が周囲温度で自然発生しない場合、前記槽を加熱して前記反応槽内で分子MHの形成を開始させるための加熱器であって、分子MHは、水素原子の触媒作用の間水素1モルあたり約300kJを超える量のエネルギーを放出して反応する水素触媒およびH源として機能する、加熱器と、を備える電源および水素化物反応器。 - 前記反応槽と連通した源からの原子水素源をさらに含む、請求項53に記載の電源および水素化物反応器。
- MHは、AlH、BiH、ClH、CoH、GeH、InH、NaH、RuH、SbH、SeH、SiH、およびSnHの群からの少なくとも1つを含む、請求項53に記載の電源および水素化物反応器。
- 電源および水素化物反応器であって、
新規な水素種および新規形態の水素を含む組成物を形成するための、原子水素の触媒作用のための反応セルと、
大気圧よりも低い、それと等しい、またはそれよりも高い範囲の圧力を含有するように構築および構成された反応槽と、
真空ポンプと、
前記反応槽と連通した分子NaH源と、
分子NaHがまだ存在しない場合には、前記分子NaH源から分子NaHを形成する反応混合物と、
反応が周囲温度で自然発生しない場合、前記槽を加熱して前記反応槽内で分子NaHの形成を開始させるための加熱器であって、分子NaHは、水素原子の触媒作用の間水素1モルあたり約300kJを超える量のエネルギーを放出して反応する水素触媒およびH源として機能する、加熱器と、を備える電源および水素化物反応器。 - 前記反応槽と連通した源からの原子水素源をさらに含む、請求項56に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記反応混合物は、NaHおよびAl2O3粉末上のPdを含む、請求項56に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記反応混合物は、Naおよび約0.5重量%のNaOHを含むR−Niを含み、Naは還元性物質として機能する、請求項56に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記反応混合物は、約0.5重量%のNaOHを含むR−Niを含み、金属間Alは還元性物質として機能する、請求項56に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記反応混合物は、NaH、La、およびAl2O3粉末上のPdを含む、請求項56に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記反応混合物は、NaH、NaNH2、およびAl2O3粉末上のPdを含む、請求項56に記載の電源および水素化物反応器。
- 電力プラントであって、
大気圧よりも低い、それと等しい、またはそれよりも高い範囲の圧力を含有するように構築および構成された少なくとも1つの反応槽と、
前記反応槽と連通した真空ポンプと、
前記反応槽と連通した第1の水素原子源と、
前記反応槽と連通した触媒源と、を含む反応混合物と、
触媒反応を開始させるための加熱器と、
前記反応混合物を再生するための手段と、
電力変換器と、を備える電力プラント。 - 前記変換器は、前記反応槽と連通した蒸気発生器と、前記蒸気発生器と連通した蒸気タービンと、前記蒸気タービンと連通した発電器とを備える、請求項63に記載の電力プラント。
- 前記新規な水素種および新規形態の水素を含む組成物は、
(a)少なくとも1つの中性、正、または負の増加結合エネルギー水素種であって、
(i)対応する通常の水素種の結合エネルギーよりも大きい、または
(ii)対応する通常の水素種が、該通常の水素種の結合エネルギーが周囲条件下での熱エネルギーよりも小さいもしくは負であるために、不安定である、または観察されない任意の水素種の結合エネルギーより大きい、結合エネルギーを有する水素種と、
(b)少なくとも他の1種の元素と、を含む、請求項1に記載の電源および水素化物反応器。 - 前記化合物は、増加結合エネルギー水素種が、(a)
- 前記化合物は、増加結合エネルギー水素種が、約3、6.6、11.2、16.7、22.8、29.3、36.1、42.8、49.4、55.5、61.0、65.6、69.2、71.6、72.4、71.6、68.8、64.0、56.8、47.1、34.7、19.3、および0.69eVの結合エネルギーを有する水素化物イオンであることを特徴とする、請求項67に記載の電源および水素化物反応器。
- 前記化合物は、増加結合エネルギー水素種が、
(a)約
(b)約
(c)増加結合エネルギー水素種
(d)約
(e)約
(f)約
- 前記触媒は、イオンまたは原子触媒と組み合わせた分子を含む、請求項77に記載の電源および水素化物反応器。
- 電力を生成する方法であって、
大気圧よりも低い、それと等しい、またはそれよりも高い範囲の圧力を含有するように構築および構成された反応槽を提供するステップと、
大気圧よりも低い、それと等しい、またはそれよりも高い範囲の圧力を維持するステップと、
前記反応槽と連通した第1の水素原子源から前記反応槽内に水素原子を提供するステップと、
原子水素触媒源であって、前記触媒を形成する元素(複数を含む)と少なくとも他の1種の元素とを含む少なくとも1種の反応物質の反応混合物を含む前記反応槽と連通し、前記源から前記触媒が形成される、原子水素触媒源を提供するステップと、
触媒がまだ存在しない、または前記触媒を形成する反応が周囲温度で自然発生しない場合、前記反応混合物を加熱して、原子触媒源から原子触媒を生成するステップと、
反応が周囲温度で自然発生しない場合、前記反応混合物を加熱して、前記反応槽内で原子水素の触媒作用を開始させるステップであって、原子水素の触媒作用が、水素1モルあたり約300kJを超える量のエネルギーを放出するステップと、を含む方法。 - 前記触媒は、原子Liである、請求項82に記載の方法。
- 前記反応槽内でLiH、LiNH2、およびAl2O3粉末上のPdを反応させ、原子Li触媒および原子水素を形成するステップをさらに含む、請求項83に記載の方法。
- H2を添加してLiHおよびLiNH2を再生するステップをさらに含む、請求項84に記載の方法。
- 前記反応槽内でLi、Li3N、およびAl2O3粉末上の水素化されたPd、および任意選択でH2ガスを反応させ、原子Li触媒および原子水素を形成するステップをさらに含む、請求項82に記載の方法。
- H2を除去してLiおよびLi3Nを再生した後、ディシケータを水素化するかまたはH2を再導入するステップをさらに含む、請求項86に記載の方法。
- 電力を生成する方法であって、
大気圧よりも低い、それと等しい、またはそれよりも高い範囲の圧力を含有するように構築および構成された反応槽を提供するステップと、
大気圧よりも低い、それと等しい、またはそれよりも高い範囲の圧力を維持するステップと、
分子水素触媒源であって、前記触媒を形成する元素(複数を含む)と少なくとも他の1種の元素とを含む少なくとも1種の反応物質の反応混合物を含む前記反応槽と連通し、前記源から前記触媒が形成される、分子水素触媒源を提供するステップと、
触媒がまだ存在しない、または前記触媒を形成する反応が周囲温度で自然発生しない場合、前記反応混合物を加熱して、分子触媒源から分子触媒を生成するステップと、
反応が周囲温度で自然発生しない場合、前記反応混合物を加熱して、前記反応槽内で原子水素の触媒作用を開始させるステップであって、原子水素の触媒作用が、水素1モルあたり約300kJを超える量のエネルギーを放出するステップと、を含む方法。 - 前記反応槽と連通した第1の水素原子源から前記反応槽内に水素原子を提供するステップをさらに含む、請求項88に記載の方法。
- 前記触媒は、分子NaHである、請求項88に記載の方法。
- 分子NaH源は、Na金属および水素源である、請求項90に記載の方法。
- 前記反応混合物は、NaHおよびAl2O3粉末上のPdを含む、請求項90に記載の方法。
- H2を添加してNaHを再生するステップをさらに含む、請求項92に記載の方法。
- 前記反応混合物は、Naおよび約0.5重量%のNaOHを含むR−Niを含み、Naは還元性物質として機能する、請求項90に記載の方法。
- 前記反応混合物は、約0.5重量%のNaOHを含むR−Niを含み、金属間Alは還元性物質として機能する、請求項90に記載の方法。
- 反応混合物は、NaOHおよびNaHを添加することにより再生され、NaHは、H源および還元性物質として機能する、請求項94および95に記載の方法。
- 前記反応混合物は、NaH、ランタニド金属、およびAl2O3粉末上のPdを含む、請求項90に記載の方法。
- 前記反応混合物は、H2を添加し、篩分けによりNaHおよびランタニド水素化物を分離し、ランタニド金属形成のためにランタニド水素化物を加熱し、ランタニド金属およびNaHを混合することにより再生される、請求項97に記載の方法。
- 前記反応混合物は、Naを溶融し液体を除去することによりNaおよびランタニド水素化物を分離するステップ、ランタニド金属形成のためにランタニド水素化物を加熱するステップ、NaをNaHに水素化するステップ、ならびにランタニド金属およびNaHを混合するステップにより再生される、請求項97に記載の方法。
- 前記反応混合物は、NaH、NaNH2、およびAl2O3粉末上のPdを含む、請求項90に記載の方法。
- H2を添加してNaHおよびNaNH2を再生するステップをさらに含む、請求項100に記載の方法。
- 前記反応槽内でNaOHを還元性物質と反応させて分子NaHを形成するステップをさらに含む、請求項90に記載の方法。
- (1)ナトリウム源、
(2)担体材料、
(3)水素源、
(4)置換剤、および
(5)還元性物質または還元剤のうちの少なくとも1つを反応させて分子NaHを形成するステップをさらに含む、請求項90に記載の方法。 - 前記ナトリウム源は、Na、NaH、NaNH2、NaOH、NaOH被覆R−Ni、NaX(Xはハロゲン化物である)、およびNaX被覆R−Niを含む、請求項103に記載の方法。
- 前記還元性物質または還元剤は、金属、例えばアルカリ金属、アルカリ土類金属、ランタニド、Ti等の遷移金属、アルミニウム、B、金属合金、例えばAlHg、NaPb、NaAl、LiAl等、および金属源単体または還元剤との組み合わせ、例えばアルカリ土類ハロゲン化物、遷移金属ハロゲン化物、ランタニドハロゲン化物、ハロゲン化アルミニウム等、金属水素化物、例えばLiBH4、NaBH4、LiAlH4、またはNaAlH4等、ならびに、アルカリまたはアルカリ土類金属および酸化性物質、例えばAlX3、MgX2、LaX3、CeX3、およびTiXn(式中Xはハロゲン化物、好ましくはBrまたはIである)のうちの少なくとも1つを含む、請求項103に記載の方法。
- 前記水素源は、H2ガスおよび解離剤および水素化物を含む、請求項103に記載の方法。
- 前記置換剤は、アルカリまたはアルカリ土類金属を含む、請求項103に記載の方法。
- NaH源を、該源からの分子NaHの生成に有利な大表面積担体上に提供するステップと、前記NaH源を反応させて分子NaHを形成するステップをさらに含む、請求項103に記載の方法。
- 前記担体は、R−Ni、Al、Sn、Al2O3、例えばγ、β、またはαアルミナ等、アルミネート、アルミン酸ナトリウム、アルミナナノ粒子、多孔質Al2O3、Pt、Ru、またはPd/Al2O3、炭素、PtまたはPd/C、無機化合物、例えばNa2CO3等、ランタニド酸化物、例えばM2O3(好ましくは、M=La、Sm、Dy、Pr、Tb、Gd、およびErである)等、Si、シリカ、シリケート、ゼオライト、Yゼオライト粉末、ランタニド、遷移金属、金属合金、例えばNaとのアルカリおよびアルカリ土類合金、希土類金属、SiO2−Al2O3またはSiO2担持Niおよび他の担持金属、例えばアルミナ担持白金、パラジウム、およびルテニウムのうちの少なくとも1つ等のうちの、少なくとも1つを含む、請求項103および108に記載の方法。
- 前記水素原子源は、分子水素を含み、前記水素原子は、解離剤を用いて分子水素から形成される、請求項89に記載の方法。
- 前記解離剤は、ラネーニッケル(R−Ni)、貴重金属または貴金属、および担体上の貴重金属または貴金属のうちの少なくとも1つを含み、前記貴重金属または貴金属は、Pt、Pd、Ru、Ir、およびRhであり得、前記担体は、Ti、Nb、Al2O3、SiO2、およびこれらの組み合わせのうちの少なくとも1つであり得、
炭素上PtまたはPd、水素スピルオーバー触媒、ニッケル繊維マット、Pdシート、Tiスポンジ、TiまたはNiスポンジまたはマット上に電気メッキされたPtまたはPd、TiH、PtブラックおよびPdブラック、耐熱金属、例えばモリブデンおよびタングステン等、遷移金属、例えばニッケルおよびチタン等、内部遷移金属、例えばニオブおよびジルコニウム等、ならびに耐熱金属、例えばタングステンまたはモリブデン等、ならびに解離金属が、高温で維持され得る、請求項103および110に記載の方法。 - 前記反応槽内で分子NaHからNa2+を形成するステップをさらに含む、請求項90に記載の方法。
- 前記槽から反応生成物を除去するステップと、前記反応生成物の少なくとも一部から前記触媒源を再生するステップとをさらに含む、請求項82および88に記載の方法。
- 前記放出されたエネルギーを電気エネルギーに変換するステップをさらに含む、請求項82および88に記載の方法。
- 前記水素触媒源は、水素および少なくとも他の1種の元素を有する少なくとも1種の反応物質を含み、
前記少なくとも1種の反応物質は、放出されたエネルギーが、生成物の化学量または元素組成を有する化合物の標準生成エンタルピーと、前記少なくとも1種の反応物質の生成エネルギーとの差よりも大きくなるように反応する、請求項82および88に記載の方法。 - 前記水素触媒源は、水素および少なくとも他の1種の元素を有する少なくとも1種の反応物質を含み、
前記少なくとも1種の反応物質は、任意の反応した水素を置換するエネルギーを標準値として、放出されたエネルギーが生成物から前記少なくとも1種の反応物質を再生するために必要な理論標準エンタルピーよりも大きくなるように反応する、請求項82および88に記載の方法。 - 放出されたエネルギーが、生成物の化学量または元素組成を有する化合物の標準生成エンタルピーと、反応物質の生成エネルギーとの差よりも大きくなるように反応する水素および少なくとも他の1種の元素を提供するステップを含む、電力を生成するための方法。
- 任意の反応した水素を置換するエネルギーを水素の燃焼に対する標準値として、放出されたエネルギーが、生成物から反応物質を再生するために必要な理論標準エンタルピーよりも大きくなるように反応する水素および少なくとも他の1種の元素を提供するステップを含む、電力を生成するための方法。
- 前記反応混合物を調製または再生するステップをさらに含み、調製または再生は、機械的混合または分離、溶融、濾過、水素化、脱水素化、分解、蒸着、蒸発、気化、および昇華、およびボールミル粉砕のステップのうちの少なくとも1つにより達成される、請求項82および88に記載の方法。
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